Тепловая нагрузка на отопление - методы расчета

Как определить тепловую нагрузку на отопление?

Тепловая нагрузка на отопление — это количество тепловой энергии, необходимое для достижения комфортной температуры в помещении. Существует также понятие максимальной почасовой нагрузки, которое следует понимать как наибольшее количество энергии, которое может понадобиться в отдельные часы при неблагоприятных условиях. Чтобы понять, какие условия можно считать неблагоприятными, необходимо разобраться с факторами, от которых зависит тепловая нагрузка.

Тепловая нагрузка на отопление

Потребность здания в тепле

В разных строениях потребуется неодинаковое количество тепловой энергии, чтобы человек чувствовал себя комфортно.

Среди факторов, влияющих на потребность в тепле, можно выделить следующие:

  1. Материал, из которого изготовлены стены, а также их толщина. Стена, выложенная в один кирпич и газобетонная стена, к тому же в совокупности с 20-сантиметровой прокладкой из пенопласта, отличаются в плане пропускания тепловой энергии.
  2. Материал кровли и ее конструкционные особенности. Плоская крыша из ж/б бетонных плит и хорошо утепленное чердачное помещение значительно разнятся по показателям теплопотерь.
  3. Вентиляционная система. На теплопотери влияют производительность вентиляции и возможность рекуперации тепла.
  4. Площадь остекленных поверхностей. Естественно, что помещение с французскими окнами при прочих равных условиях теряет больше тепла, чем комната с маленькими окнами-амбразурами. Этот недостаток значительного остекления сглаживается толстыми стеклопакетами, где стекла обработаны энергосберегающим веществом.
    Помещение с французскими окнами
  5. Показатели инсоляции, свойственные той или иной местности, степень поглощения лучей Солнца внешней поверхностью здания. Также имеет значение расположение дома относительно сторон света. В качестве крайних примеров можно привести строение, всегда находящееся в тени и другой дом, у которого черные стены, наклонная черная крыша и расположение всех окон на юг.
  6. Температурная дельта между зданием и улицей определяет поток тепла через ограждающие элементы при перманентном сопротивлении теплопередаче. Если на улице 10 градусов тепла, теплопотери будут отличаться от ситуации, когда температура снаружи упала до 30 градусов мороза.
  7. Перспективы изменений потребностей в тепле. К примеру, если предполагается модернизация здания или добавление к нему новых пристроек, то может оказаться, что заложенной тепловой нагрузки уже вскоре будет недостаточно.

Распределение приборов

Если речь идет о водяном отоплении, максимальная мощность источника тепловой энергии должна равняться сумме мощностей всех источников тепла в здании.

Распределение приборов по помещениям дома зависит от следующих обстоятельств:

  1. Площадь помещения, уровень потолка.
  2. Положение комнаты в строении. Помещения в торцевой части по углах отличаются повышенными теплопотерями.
  3. Расстояние до источника тепла.
  4. Оптимальная температура (с точки зрения жильцов). На температуру помещения, помимо прочих факторов, влияет перемещение воздушных потоков внутри жилья.

Строительные нормы и правила (СНиП) рекомендуют такие температурные параметры:

  1. Жилые помещения в глубине строения — 20 градусов.
  2. Жилые помещения в угловых и торцевых частях здания — 22 градуса.
  3. Кухня — 18 градусов. В кухонном помещении температура выше, так как в ней присутствуют дополнительные источники тепла (электрическая плита, холодильник и т.д.).
  4. Ванная комната и туалет — 25 градусов.
Схема температуры в случае верхнего розлива

Схема температуры в случае верхнего розлива

Если в доме обустроено воздушное отопление, объем потока тепла, поступающий в комнату, зависит от пропускной возможности воздушного рукава. Регулируется поток ручной настройкой вентиляционных решеток, а контролируется — термометром.

Дом может обогреваться распределенными источниками тепловой энергии: электро- или газовые конвекторы, теплые полы на электричестве, масляные батареи, ИК-обогреватели, кондиционеры. В этом случае нужные температуры определяются настройкой термостата. В этом случае нужно предусмотреть такую мощность оборудования, которой бы хватало при максимальном уровне тепловых потерь.

Электрический радиатор с термостатом

Методики расчета

Расчет тепловой нагрузки на отопление можно произвести на примере конкретного помещения. Пусть в данном случае это будет сруб из 25-сантиметрового бурса с чердачным помещение и полом из древесины. Размеры здания: 12×12×3. В стенах имеется 10 окон и пара дверей. Дом расположен в местности, для которой характерны очень низкие температуры зимой (до 30 градусов мороза).

Расчеты можно произвести тремя способами, о которых пойдет речь ниже.

Первый вариант расчета

Согласно существующим нормам СНиП, на 10 квадратных метров нужен 1 кВт мощности. Данный показатель корректируется с учетом климатических коэффициентов:

  • южные регионы — 0,7-0,9;
  • центральные регионы — 1,2-1,3;
  • Дальний Восток и Крайний Север — 1,5-2,0.

Вначале определяем площадь дома: 12×12=144 квадратных метра. В таком случае базовый показатель тепловой нагрузке равен: 144/10=14,4 кВт. Полученный результат умножаем на климатическую поправку (будем использовать коэффициент 1,5): 14,4×1,5=21,6 кВт. Столько мощности нужно, чтобы в доме была комфортная температура.

Таблица соотношения мощности котла и площади дома

Таблица соотношения мощности котла и площади дома

Совет! Рекомендуется предусмотреть, по крайней мере, 20% запас прочности для отопительного оборудования.

Второй вариант расчета

Способ, приведенный выше, страдает значительными погрешностями:

  1. Не учтена высота потолков, а ведь обогревать нужно не квадратные метры, а объем.
  2. Через оконные и дверные проемы теряется больше тепла, чем через стены.
  3. Не учтен тип здания — многоквартирное это здание, где за стенами, потолком и полом обогреваемые квартиры содей или это частный дом, где за стенами только холодный воздух.

Корректируем расчет:

  1. В качестве базового применим следующий показатель — 40 Вт на кубический метр.
  2. Для каждой двери предусмотрим по 200 Вт, а для окон — по 100 Вт.
  3. Для квартир в угловых и торцевых частях дома используем коэффициент 1,3. Если речь идет о самом высоком или самом низком этаже многоквартирного здания, используем коэффициент 1,3, а для частного строения — 1,5.
  4. Также снова применим климатический коэффициент.
Таблица климатических зон

Таблица климатического коэффициента

Производим расчет:

  1. Высчитываем объем помещения: 12×12×3=432 квадратных метра.
  2. Базовый показатель мощности равняется 432×40=17280 Вт.
  3. В доме есть десяток окон и пара дверей. Таким образом: 17280+(10×100)+(2×200)=18680Вт.
  4. Если речь идет о частном доме: 18680×1,5=28020 Вт.
  5. Учитываем климатический коэффициент: 28020×1,5=42030 Вт.

Итак, исходя из второго вычисления видно, что разница с первым способом расчета практически двукратная. При этом нужно понимать, что подобная мощность нужна только во время самых низких температур. Иными словами, пиковую мощность можно обеспечить дополнительными источниками обогрева, например, резервным обогревателем.

Третий вариант расчета

Есть еще более точный способ подсчета, в котором учитываются теплопотери.

Потеря тепла дома в процентах

Схема потери тепла в процентах

Формула для расчета такова: Q=DT/R, где:

  • Q — потери тепла на квадратный метр ограждающей конструкции;
  • DT — дельта между наружной и внутренней температурами;
  • R — уровень сопротивления при передаче тепла.

Обратите внимание! Порядка 40% тепла уходит в вентиляционную систему.

Чтобы упростить подсчеты, примем усредненный коэффициент (1,4) потерь тепла через ограждающие элементы. Осталось определить параметры термического сопротивления из справочной литературы. Ниже приведена таблица для наиболее часто применяемых конструкционных решений:

  • стена в 3 кирпича — уровень сопротивления составляет 0,592 на кв. м×С/Вт;
  • стена в 2 кирпича — 0,406;
  • стена в 1 кирпич — 0,188;
  • сруб из 25-сантиметрового бруса — 0,805;
  • сруб из 12-сантиметрового бруса — 0,353;
  • каркасный материал с утеплением минватой — 0,702;
  • пол из древесины — 1,84;
  • потолок или чердак — 1,45;
  • деревянная двойная дверь — 0,22.
Таблица значений утеплителей

Таблица значений утеплителей

Расчеты:

  1. Температурная дельта — 50 градусов (20 градусов тепла в помещении и 30 градусов мороза на улице).
  2. Потери тепла на квадратный метр пола: 50/1,84 (данные для пола из древесины)=27,17 Вт. Потери по всей площади пола: 27,17×144=3912 Вт.
  3. Теплопотери через потолок: (50/1,45)×144=4965 Вт.
  4. Рассчитываем площадь четырех стен: (12×3)×4=144 кв. м. Так как стены изготовлены из 25-сантиметрового бруса, R равняется 0,805. Тепловые потери: (50/0,805)×144=8944 Вт.
  5. Складываем полученные результаты: 3912+4965+8944=17821. Полученное число — общие теплопотери дома без учета особенностей потерь через окна и двери.
  6. Прибавляем 40% вентиляционных потерь: 17821×1,4=24,949. Таким образом, понадобится котел на 25 кВт.

Котёл отопления на 25 кВТ

Выводы

Даже самый продвинутый из перечисленных способов не учитывает всего спектра потерь тепла. Поэтому рекомендуется покупать котел с некоторым запасом мощности. В связи с этим приведем несколько фактов по особенностям КПД разных котлов:

  1. Газовое котельное оборудование работают с очень стабильным КПД, а конденсационные и соляровые котлы переходят на экономичный режим при небольшой нагрузке.
  2. Электрокотлы имеют 100% коэффициент полезного действия.
  3. Не допускается работа в режиме ниже номинальной мощности для твердотопливных котельных аппаратов.

Твердотопливные котлы регулируются ограничителем поступления воздуха в топочную камеру, однако при недостаточном уровне кислорода не происходит полного выгорания топлива. Это приводит к образованию большого количества золы и снижению КПД. Исправить положение можно при помощи теплового аккумулятора. Бак с теплоизоляцией устанавливается между трубами подачи и обратки, размыкая их. Таким образом, создается малый контур (котел — буферный бак) и большой контур (бак — отопительные приборы).

Схема с тепловым аккумулятором

Схема с тепловым аккумулятором

Схема функционирует следующим образом:

  1. После закладки топлива оборудование работает на номинальной мощности. Благодаря естественной или принудительной циркуляции, происходит передача тепла в буфер. После сгорания топлива, циркуляция в малом контуре прекращается.
  2. В течение последующих часов тепловой носитель циркулирует по большому контуру. Буфер медленно передает тепло батареям или теплому полу.

Увеличенная мощность потребует дополнительных затрат. При этом запас мощности оборудования дает важный положительный результат: интервал между загрузками топлива значительно увеличивается.